Antimikrobielle Beschichtungen für innovative Membranspacer

In vielen Ländern der Erde haben Menschen aufgrund mangelnder Süßwasserquellen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. Eine Methode, um diesem Problem zu begegnen, ist die Umwandlung von Salz- oder Brackwasser in Trinkwasser durch das Verfahren der Umkehrosmose: Durch diese Form der Membranfiltration kann aus Meerwasser Trinkwasser gewonnen werden. Wissenschaftler des Fraunhofer IMWS tragen dazu bei, diese Methode noch effizienter zu machen.

Umkehrosmose Bakterien Biofouling Membran
© Foto Fraunhofer IMWS

Die linke Abbildung zeigt die Biofilmbildung durch Bakterien auf den unbehandelten Folienmaterial. Rechts ist die optimierte Oberfläche zu sehen.

Für die Umkehrosmose werden Keramik- oder Polymermembranen verwendet, die durch sogenannte Membranspacer, das sind Abstandshalter zwischen den Membranen, voneinander getrennt sind. Diese Membranspacer sind jedoch für die Ablagerung löslicher Schwebstoffe und Mikroorganismen anfällig. Kommt es zu solchen Ablagerungen (Biofouling), verschmutzen die Reversosmose-Module (so nennt man die Module zur Süßwassergewinnung, in denen eine Vielzahl von Membranen und Spacern jeweils übereinander angeordnet ist), wodurch die Filtrationsleistung negativ beeinflusst wird, weil die Effizienz des Umkehrosmoseverfahrens sinkt. Um dem Biofouling vorzubeugen, erzeugen die Fraunhofer-Forscher unter Anwendung von plasma- und nasschemischen Technologien dünne, hydrophile und ladungsneutrale Beschichtungen auf den Oberflächen der Membranspacer. Darauf bildet sich eine hydrogelartige Barriereschicht aus, auf der Schwebstoffe und Mikroorganismen nur schwer haften bleiben können (Antifouling-Effekt).

Die Fraunhofer-Forscher charakterisieren die Beschichtungen auf ihre Materialbeschaffenheit und bewerten diese hinsichtlich wichtiger Funktionalitäten wie der Durchflussrate und dem Fouling-Verhalten. Ergänzend dazu werden Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop, Transmissionselektronenmikroskop sowie im Röntgenphotoelektronenspektroskop vorgenommen. Da der antiadhäsive Effekt (Antihaftungseffekt) dieser Beschichtungen un­spezifisch ist, können sie auch auf andere Materialien übertragen werden, die im Kontakt mit einem wässrigen Medium stehen. Die Wirksamkeit der Antifouling-Beschichtungen wird derzeit in Bewuchsversuchen mit repräsentativen Mikroorganismen nachgewiesen.

Die IAB Ionenaustauscher GmbH Bitterfeld des Spezialchemiekonzerns LANXESS ist an dem Forschungsprojekt als Kooperationspartner beteiligt.

Polyamid-Membran Umkehrosmose Trinkwasser
© Foto Fraunhofer IMWS

Salzwasser wird durch ein Druckverfahren durch Polyamid-Membranen und Membran-Spacer gedrückt, um durch die Umkehrosmose Trinkwassesr zu gewinnen.